模拟电路第三章-2放大电路的工作点稳定问题

1、3.5 放大电路的工作点稳定问题放大电路的工作点稳定问题 温度变化对温度变化对ICBO的影响的影响 温度变化对输入特性曲线的影响温度变化对输入特性曲线的影响 温度变化对温度变化对 的影响的影响 稳定工作点原理稳定工作点原理 放大电路指标分析放大电路指标分析 固定偏流电路与射极偏置电路的比较固定偏流电路与射极偏置电路的比较3.5.1 温度对工作点的影响温度对工作点的影响3.5.2 射极偏置电路射极偏置电路3.5.1 温度对工作点的影响温度对工作点的影响QvCE/ViC/mAiB =0IBQ13.5.1 温度对工作点的影响温度对工作点的影响1. 温度变化对温度变化对ICBO的影响的影响2. 温度变

2、化对输入特性曲线的影响温度变化对输入特性曲线的影响温度温度T 输出特性曲线上移输出特性曲线上移)()C25CBO(CBO00TTkTeII V102 . 2)(30)C25BE(BE0 TTVVT温度温度T 输入特性曲线左移输入特性曲线左移3. 温度变化对温度变化对 的影响的影响温度每升高温度每升高1 C ， 要增加要增加0.5% 1.0%温度温度T 输出特性曲线族间距增大输出特性曲线族间距增大QvCE/ViC/mAiB =0IBQ1总之：总之： ICBO ICEO T VBE IB IC 3.5.2 射极偏置电路射极偏置电路1. 稳定工作点原理稳定工作点原理目标：温度变化时，使目标：温度变化

3、时，使I IC C维持恒定。维持恒定。 如果温度变化时，如果温度变化时，b b点电位能基点电位能基本不变本不变，则可实现静态工作点的稳，则可实现静态工作点的稳定。定。T 稳定原理：稳定原理： IC IE IC VE 、VB不变不变 VBE IB （反馈控制）（反馈控制）b点电位基本不变的条件：点电位基本不变的条件：I1 IB ，CCb2b1b2BVRRRV 此时，此时，不随温度变化而变化。不随温度变化而变化。VB VBE 且且Re可取可取大些，反馈控制作用更强。大些，反馈控制作用更强。 一般取一般取 I1 =(510)IB ， VB =3V5V 3.5.2 射射极偏置电极偏置电路路2. 放大电

4、路指标分析放大电路指标分析静态工作点静态工作点CCb2b1b2BVRRRV eBEBECRVVII )(ecCCCeEcCCCCERRIVRIRIVV CBII 3.5.2 射射极偏置电极偏置电路路2. 放大电路指标分析放大电路指标分析电压增益电压增益输出回路：输出回路：)/(LcboRRIV 输入回路：输入回路：ebbebeebebi)1(RIrIRIrIV 电压增益：电压增益：ebeLcebebLcbioV)1()/()1()/(RrRRRrIRRIVVA 画小信号等效电路画小信号等效电路确定模型参数确定模型参数 已知，求已知，求r rbebe)mA()mV(26)1(200EQbeIr

5、增益增益 3.5.2 射射极偏置电极偏置电路路2. 放大电路指标分析放大电路指标分析输入电阻输入电阻)1(/ebeb2b1TTiRrRRIVR bRTbIII ebbebeebebT)1(RIrIRIrIV )/(b2b1RTbRRIV 根据定义根据定义由电路列出方程由电路列出方程则输入电阻则输入电阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻TTiIVR 3.5.2 射射极偏置电极偏置电路路2. 放大电路指标分析放大电路指标分析输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻oco/ RRR 求输出电阻的等效电路求输出电阻的等效电路网络内独立源置零网络内独立源置零负载开路负载开路

6、输出端口加测试电压输出端口加测试电压对回路对回路1和和2列列KVL方程方程r rcece对分析过程影响很大，此处不能忽略对分析过程影响很大，此处不能忽略0)()(ecbsbeb RIIRrI0)()(ebccebcT RIIrIIV 其中其中b2b1ss/RRRR 则则)1(esbeececToRRrRrIVR 当当coRR 时，时，coRR 一般一般cceoRrR （） 3.5.2 射射极偏置电极偏置电路路3. 固定偏流电路与射极偏置电路的比较固定偏流电路与射极偏置电路的比较 共射极放大电路共射极放大电路静态：静态：bBECCBRVVI BCII cCCCCERIVV CCb2b1b2BVR

7、RRV eBEBECRVVII )(ecCCCCERRIVV CBII 3.5.2 射射极偏置电极偏置电路路3. 固定偏流电路与射极偏置电路的比较固定偏流电路与射极偏置电路的比较 固定偏流共射极放大电路固定偏流共射极放大电路电压增益：电压增益：beLc)/(rRRAV ebeLcV)1()/(RrRRA RbviRcRLiVbIcIOVbI固定偏流共射极放大电路固定偏流共射极放大电路输入电阻：输入电阻：bebiii/rRIVR ebeb2b1i)1(/RrRRR 输出电阻：输出电阻：Ro = Rc coRR 3.6 共集电极电路和共基极电路共集电极电路和共基极电路 电路分析电路分析 复合管复合

8、管 静态工作点静态工作点 动态指标动态指标 三种组态的比较三种组态的比较3.6.1 共集电极电路共集电极电路3.6.2 共基极电路共基极电路3.6.1 共集电极电路共集电极电路1. 电路分析电路分析共集电极电路共集电极电路结构如图示结构如图示该电路也称为该电路也称为射极输出器射极输出器求静态工作点求静态工作点ebBECCB)1(RRVVI eCCCeECCCERIVRIVV BCII eEBEbBCCRIVRIV BE)1(II 由由得得电压增益电压增益输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：LbbebLbbbebi)1( )(RIrIRIIrIV 电压增益：电压增益：1)1()1()1()1

9、(LbeLLbeLLbebLbioV RrRRrRRrIRIVVA 画小信号等效电路画小信号等效电路确定模型参数确定模型参数 已知，求已知，求r rbebe)mA()mV(26)1(200EQbeIr 增益增益 3.6.1 共共集电极电集电极电路路1. 电路分析电路分析其中其中LeL/ RRR LbLbbo)1()(RIRIIV 一般一般beLrR ，则电压增益接近于，则电压增益接近于1 1，1V A即即同同相相与与ioVV电压跟随器电压跟随器输入电阻输入电阻)1(/LbebTTiRrRIVR bRTbIII LbbebT)1(RIrIV bRTbRIV 根据定义根据定义由电路列出方程由电路列

10、出方程则输入电阻则输入电阻TTiIVR LeL/ RRR 当当beLrR 1 ，时，时，Lbi/RRR 3.6.1 共共集电极电集电极电路路1. 电路分析电路分析输入电阻大输入电阻大输出电阻输出电阻由电路列出方程由电路列出方程eRbbTIIII )(sbebTRrIV eRTeRIV 其中其中bss/ RRR 则则输出电阻输出电阻 1/beseTTorRRIVR当当 1beserRR，1 时，时， besorRR 输出电阻小输出电阻小共集电极电路特点：共集电极电路特点：同同相相与与ioVV 电压增益小于电压增益小于1 1但接近于但接近于1 1， 输入电阻大，对电压信号源衰减小输入电阻大，对电压

11、信号源衰减小 输出电阻小，带负载能力强输出电阻小，带负载能力强 3.6.1 共共集电极电集电极电路路2. 复合管复合管作用：提高电流放大系数，增大电阻作用：提高电流放大系数，增大电阻r rbebe复合管也称为复合管也称为达林顿管达林顿管3.6.2 共基极电路共基极电路1. 静态工作点静态工作点 直流通路与射极直流通路与射极偏置电路相同偏置电路相同CCb2b1b2BVRRRV eBEBECRVVII )(ecCCCeEcCCCCERRIVRIRIVV CBII 3.6.2 共基极共基极电路电路2. 动态指标动态指标电压增益电压增益输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：bebirIV 电压增益：

12、电压增益：beLbebLbioVrRrIRIVVA LbLcoRIRIV LcL/ RRR 3.6.2 共基极共基极电路电路2. 动态指标动态指标 输入电阻输入电阻 输出电阻输出电阻 1)(1bebbebeiebirIrIIVrR 11/bebeeebeiiirrRrRIVRcoRR 3. 三种组态的比较三种组态的比较电压增益：电压增益：beLc)/(rRR 输入电阻：输入电阻：beb/rR输出电阻：输出电阻：cR 3.6.2 共基极共基极电路电路)/)(1()/()1(LebeLeRRrRR )/)(1(/LebebRRrR 1)/(/bebserRRRbeLc)/(rRR 1/beerRc

13、R例题例题ioVVVA 1. 放大电路如图所示。试求放大电路如图所示。试求。已知已知 =50。mA69. 1B2C2 II 解：解：uA9 .33)1(ebBECCB2 RRVVI 6 .984 )mA()mV(26)1(200Ebe2Ir k61k/4k)4)(1(k/150be2i2 rR5 .217)/(be1i2c1io1V1 rRRVVA 1o1oV2 VVA5 .217V2V1o1oio1ioV AAVVVVVVA 863/k300be1be1irrR 95 501k9846. 0)k150/k4(/k4 1)/(/ 1)/(/be2b2o1e2bebseo rRRRrRRRR 8

14、63 3.4be1r节节例例题题中中已已求求得得87.115 3.4V A倍数倍数节例题中求得单级放大节例题中求得单级放大两者比较可看出增益明显提高两者比较可看出增益明显提高end3.7.1 单时间常数单时间常数RC电路的频率响应电路的频率响应3.7.2 单极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应 RC低通电路的频率响应低通电路的频率响应 RC高通电路的频率响应高通电路的频率响应3.7 放大电路的频率响应放大电路的频率响应3.7.3 单极放大电路的低频响应单极放大电路的低频响应3.7.4 多级放大电路多级放大电路的频率响应的频率响应 多级放大电路的增益多级放大电路的增益 多级放大电路的频率响

15、应多级放大电路的频率响应 低频等效电路低频等效电路 低频响应低频响应3.7.1 单时间常数单时间常数RC电路的频率响应电路的频率响应1. RC低通电路的频率响应低通电路的频率响应（电路理论中的稳态分析）（电路理论中的稳态分析）RC电路的电压增益（传递函数）：电路的电压增益（传递函数）：则则11111ioH11/1/1)()()(CsRsCRsCsVsVsAV fs j2j 且令且令11H21CRf 又又)/j(11HioHffVVAV 电压增益的幅值（模）电压增益的幅值（模）2HH)/(11ffAV （幅频响应）（幅频响应）电压增益的相角电压增益的相角)/(arctgHHff （相频响应）（相

16、频响应）增益频率函数增益频率函数 研究放大电路的动态指标（主要是研究放大电路的动态指标（主要是增益）随信号频率变化时的响应。增益）随信号频率变化时的响应。最大误差最大误差 -3dB频率响应曲线描述频率响应曲线描述3.7.1 RCRC电电路的频率路的频率响应响应幅频响应幅频响应2HH)/(11ffAV 时时，当当 Hff 1)/(112HH ffAVdB 01lg20lg20HH VVAA时时，当当 Hff ffffAV/)/(11H2HH )/lg(20lg20HHffAV 0分贝水平线分贝水平线斜率为斜率为 -20dB/十倍频程十倍频程 的直线的直线相频响应相频响应时时，当当 Hff 时时，

17、当当 Hff )/(arctgHHff 0H 90H 时时，当当 Hff 45H 时时，当当 100.1 HHfff 十十倍倍频频程程的的直直线线斜斜率率为为/45 1. RC低通电路的频率响应低通电路的频率响应 VVAVVAioio 表示输出与输入的相位差表示输出与输入的相位差高频时，输出滞后输入高频时，输出滞后输入因为因为所以所以3.7.1 RCRC电电路的频率路的频率响应响应2. RC高通电路的频率响应高通电路的频率响应RC电路的电压增益：电路的电压增益：22222ioH/1 /1)()()(CRsssCRRsVsVsAV 幅频响应幅频响应2LL)/(11ffAV 相频响应相频响应)/(

18、arctgLHff 输出超前输入输出超前输入3.7.2 单极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应1. BJT的高频小信号建模的高频小信号建模 模型的引出模型的引出 模型简化模型简化 模型参数的获得模型参数的获得 的的频率响应频率响应2. 共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应 型高频等效电路型高频等效电路 高频响应高频响应3. 共基极放大电路的高频响应共基极放大电路的高频响应 增益增益-带宽积带宽积 高频等效电路高频等效电路 高频响应高频响应 几个上限频率的比较几个上限频率的比较3.7.2 单极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应1. BJT的高频小信号建模的高频小信号建模模

19、型的引出模型的引出 rbe-发射结电阻发射结电阻re归算到归算到基极回路的电阻基极回路的电阻 -发射结电容发射结电容Cbe-集电结电阻集电结电阻rbc -集电结电容集电结电容 Cbc rbb -基区的体电阻，基区的体电阻，b是是假想的基区内的一个点。假想的基区内的一个点。互导互导CECEEBCEBCmVVvivig 3.7.2 单极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应1. BJT的高频小信号建模的高频小信号建模模型简化模型简化混合混合 型高频小信号模型型高频小信号模型 cecbrr和和忽忽略略 3.7.2 单级高单级高频响应频响应又因为又因为所以所以模型参数的获得模型参数的获得（与（与H参

20、数的关系）参数的关系）1. BJT的高频小信号建模的高频小信号建模低频时，混合低频时，混合 模型与模型与H参数模型等效参数模型等效ebbbbe rrrebbeb rIVbebmIVg 所以所以又又 rbe= rb + (1+ ) re ETb)1(IVr ETeb)1(IVr ebbebb rrrTmeb2 fgC 从手册中查出从手册中查出 TcbfC和和 TEebmVIrg TEebmVIrg 3.7.2 单级高单级高频响应频响应 的的频率响应频率响应由由H参数可知参数可知1. BJT的高频小信号建模的高频小信号建模CEBCfeViih 即即0bcce VII 根据混合根据混合 模型得模型得

21、cbebebmc1/j CVVgI )/1/1/(cbebebbeb CjCjrIV 低频时低频时ebm0 rg 所以所以)(j1/jcbebebcbmbc CCrCgII 当当cbm Cg 时，时，ebcbeb0)(j1 rCC 共发射极截止频率共发射极截止频率 3.7.2 单级高单级高频响应频响应 的的频率响应频率响应1. BJT的高频小信号建模的高频小信号建模ebcbeb0)(j1 rCC 的幅频响应的幅频响应令令ebcbeb)(21 rCCf 则则20)/(1 ff f特征频率特征频率Tfebmcbebm0T2)(2 CgCCgff fff T共基极截止频率共基极截止频率 f 3.7.

22、2 单单级高频响级高频响应应2. 共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应 型高频等效电路型高频等效电路等效电路等效电路 3.7.2 单单级高频响级高频响应应2. 共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应 型高频等效电路型高频等效电路对节点对节点 c 列列KCL得得电路简化电路简化 Rsbeb rCMRcc+- -+- -V0+- -gmVbeVbeVbeVbeVbesVeb Vbb reb eb Veb C0j )(cbebocoebm CVVRVVg cb C忽略忽略 的分流得的分流得ebcmo VRgVcboebj )( cb CVVIC 又又因因为为称为称为密勒电容密勒

23、电容MCcbcmebMj )1(1cb CRgIVZC 则则表示表示若用若用个电容个电容之间存在一之间存在一和和相当于相当于 , , e b MC cbcmM)1( CRgC等效后断开了输入输出之间的联系等效后断开了输入输出之间的联系 Rsbeb rRcc+- -+- -V0+- -gmVbeVbeVbeVbeVbesVeb Vbb reb eb VC2. 共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应 型高频等效电路型高频等效电路电路简化电路简化 3.7.2 单单级高频响级高频响应应 Rsbeb rCMRcc+- -+- -V0+- -gmVbeVbeVbeVbeVbesVeb Vbb r

24、eb eb Veb C eb rRcc+- -+- -V0+- -gmVbeVbeVbeVbeVbesVeb Veb eb VCsR eb rRcc+- -V0+- -gmVbeVbeVbeVbeVbesIeb Veb eb VCsR Rcc+- -V0+- -gmVbeVbeVbeVbeVbesIeb Veb eb VCR Rcc+- -V0+- -gmVbeVbeVbeVbeVbesV eb Veb eb VCR+- -最后最后MebCCC ebbbs/)( rrRRsebbbsebsVrrRrV 2. 共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应高频响应高频响应 3.7.2 单单级高

25、频响级高频响应应 Rcc+- -V0+- -gmVbeVbeVbeVbeVbesV eb Veb eb VCR+- -MebCCC ebbbs/)( rrRRsebj11VRCV ebcmo VRgVsebbbsebsVrrRrV 由电路得由电路得)/j(1H0soHffAVVAVV 电压增益频响电压增益频响又又其中其中ebbbsebcm0 rrRrRgAVRCf 21H 低频增益低频增益上限频率上限频率2. 共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应增益增益-带宽积带宽积 3.7.2 单单级高频响级高频响应应0VAcmRgebbbseb rrRr HfRC 21 ebbbsebcm r

26、rRrRg )1()(2cmcbebbbscmRgCCrRRg 1)1(cbcmeb CRgC 2 /)(ebbbs rrRBJT 一旦确定，一旦确定，带宽增益积基本为常数带宽增益积基本为常数例题例题 解：解：模型参数为模型参数为例例3.7.1 设共射放大电路在室温下运行，其参数为：设共射放大电路在室温下运行，其参数为：，pF5 . 000MHz41001mA1001kcbT0Cbbs CfIrR 。 k5cR试计算它的低频电压增益和上限频率。试计算它的低频电压增益和上限频率。 ebr mgTEVImV26mA1 S 038. 0 m0g S 038. 0001 k 6 . 2 ebCcbTm

27、2 Cfg pF 8 .14 MCcbcm)1( CRgpF 7 .96 0VAcmRg ebbbseb rrRr51.133 C R)(bbs rReb/ r k 77. 0eb CMC pF 5 .111 Hf低频电压增益为低频电压增益为又因为又因为所以上限频率为所以上限频率为RC 21MHz 85. 1 0lg20VA51.133lg20 dB 5 .42 3. 共基极放大电路的高频响应共基极放大电路的高频响应 3.7.2 单单级高频响级高频响应应高频等效电路高频等效电路3. 共基极放大电路的高频响应共基极放大电路的高频响应 3.7.2 单单级高频响级高频响应应sIebm Vg)j/1/

28、( ebebeb CrV 高频响应高频响应列列 e 点的点的KCL0 oIebm Vg而而所以电流增益为所以电流增益为eb0m rg soIImeb00/j1)1/( gC meb0/j1 gC 其中其中 iVVVA0电压增益为电压增益为 sscoRIRI0001 meb0/j11gCRRsc 其中其中 ebmH2 Cgf )/j(11H0ffRRsc Tf 特征频率特征频率 sRbb rcb C忽略忽略3. 共基极放大电路的高频响应共基极放大电路的高频响应 3.7.2 单单级高频响级高频响应应几个上限频率的比较几个上限频率的比较TebmHb2fCgf )1(/)(21 cbcmebebbbsHe CRgCrrRf 的的上限频率上限频率ebcbeb)(21 rCCf 特征频率